導電性⾼分⼦物性の精密制御による有機デバイスの性能向上 −有機電気化学トランジスタの活性層設計へ新たな提案−

2026-05-21 東京科学大学

東京科学大学の研究チームは、導電性高分子にホスホン酸エステル基を電気化学的に導入し、有機電気化学トランジスタ(OECT)の性能向上に成功した。研究では、高結晶性導電性高分子PBTTT-C14に対し、電気化学ドーピングを利用して高極性ホスホン酸エステルを精密導入する新手法を開発。Nafionとの複合化によって試薬浸透性を高め、導入率を0〜91%の範囲で制御可能にした。適切な機能化率では、イオン伝導性向上とキャリア輸送性低下抑制の最適バランスが実現し、OECT性能指標である移動度×静電容量(μC*)やトランスコンダクタンスが向上した。従来は両立が難しかった高キャリア輸送性と高イオン伝導性を同時に実現できることを示した成果であり、バイオセンサーやフレキシブル電子デバイスの高性能化への応用が期待される。研究成果はAngewandte Chemie International Editionに掲載された。

導電性⾼分⼦物性の精密制御による有機デバイスの性能向上 −有機電気化学トランジスタの活性層設計へ新たな提案−

図1(A)OECTのスイッチオン/オフ時の概略図 (B)電気化学的な手法を用いた導電性高分子膜の分子変換法

<関連情報>

精密制御された電気化学的リン酸化:高性能有機電気化学トランジスタのためのπ共役ポリマー特性の最適化 Precisely Controlled Electrochemical Phosphonylation: Tailoring π-Conjugated Polymer Properties for High-Performance Organic Electrochemical Transistors

Kohei Taniguchi, Kosuke Sato, Shinsuke Inagi
Angewandte Chemie International Edition  Published: 18 April 2026
DOI:https://doi.org/10.1002/anie.1180643

ABSTRACT

To achieve high performance, organic electrochemical transistor (OECT) channels must support efficient transport of electronic charges and ions. When designing polymeric mixed conductors, maintaining an appropriate balance between hydrophilic and hydrophobic characteristics plays a crucial role. Conventional hydrophilic side-chain modification involves costly synthesis and limits molecular design flexibility. Here, we demonstrate a degree of functionalization (DOF)-tunable electrochemical C–H phosphonylation strategy that enables precise post-functionalization of semicrystalline, high-mobility conjugated polymers, thereby providing a versatile route to optimize the hydrophilic–hydrophobic balance without monomer redesign. We applied this approach to semicrystalline polymers, for example, poly[2,5-bis(3-tetradecylthiophen-2-yl)thieno[3,2-b]thiophene] (PBTTT) and diketopyrrolo-pyrrole-dithienylthieno[3,2-b]thiophene (DPP-DTT), which exhibit excellent charge mobilities. The functionalization was successfully carried out in Nafion-composite films, yielding samples with DOF values up to 0.91. Systematic investigation revealed that the moderate functionalization (DOF = 0.06–0.16) enhanced the µC* values in OECTs by nearly two-fold compared to pristine polymers. In addition, the phosphonylated materials exhibited improved switching characteristics. These results quantitatively reveal a trade-off between enhanced ionic accessibility and retention of efficient charge-transport pathways in the polymers with increased DOF. This precisely tunable functionalization of the hydrophobic conjugated polymers represents a practical strategy for designing mixed ionic and electronic carrier conductors, further facilitating the development of high-performance OECT materials.

0403電子応用
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